冷湿空气中呼吸道飞沫的增长
流体动力学
2020-11-04 v1 计算物理
医学物理
摘要
液滴周围的环境条件决定了其增长或收缩。然而,由环境和呼气羽流本身共同决定的、从呼吸道呼气羽流中排出的液滴的确切命运尚未被充分量化。从空气传播疾病(如 SARS-CoV-2)传播的角度而言,了解此类依赖关系至关重要。本文采用湍流呼吸道蒸汽羽流的直接数值模拟(DNS),并考虑与呼吸道飞沫和气溶胶的质量与温度交换。特别地,我们通过追踪其拉格朗日统计量,研究飞沫如何响应不同的环境温度和相对湿度(RH)。我们揭示并量化了:在冷湿环境中,由于呼吸道羽流处于过饱和状态,排出的飞沫会先经历显著增长,之后才出现收缩,这与 William F. Wells (1934) 经典观点所预期的单调收缩相反。事实上,冷湿环境削弱了空气容纳水蒸气的能力,从而导致呼吸道蒸汽羽流过饱和。因此,过饱和蒸汽场驱动了被湿润羽流捕获并传输的飞沫的增长。为解析预测飞沫增长的可能性,我们基于准稳态射流假设提出了轴向 RH 模型。我们的模型正确预测了过饱和 RH 条件,并与 DNS 在定量上吻合良好。我们的结果最终形成了一幅温度-RH 图,可用作飞沫增长或收缩的指示图。
引用
@article{arxiv.2011.01515,
title = {Growth of respiratory droplets in cold and humid air},
author = {Chong Shen Ng and Kai Leong Chong and Rui Yang and Mogeng Li and Roberto Verzicco and Detlef Lohse},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.01515},
year = {2020}
}
备注
7 pages, 6 figures